Synchrone impedantie methode
De synchrone impedantie methode, ook bekend als de EMF methode, vervangt de invloed van armatuurreactie door een equivalente imaginaire reactantie. Om de spanningregeling met deze methode te berekenen, zijn de volgende gegevens vereist: armatuurweerstand per fase, de Open-Circuit Karakteristiek (OCC) die de relatie tussen open-circuit spanning en veldstroom toont, en de Short-Circuit Karakteristiek (SCC) die de relatie tussen kortsluitstroom en veldstroom weergeeft.
Voor een synchrone generator zijn de volgende vergelijkingen gegeven:
Om de synchrone impedantie Zs te berekenen, worden metingen uitgevoerd, en wordt de waarde van Ea (armatuur geïnduceerde EMF) afgeleid. Met behulp van Ea en V (terminal spanning) wordt vervolgens de spanningregeling berekend.
Meting van Synchrone Impedantie
Synchrone impedantie wordt bepaald via drie primaire tests:
DC Weerstand Test
In deze test wordt aangenomen dat de wisselstroomgenerator ster verbonden is met zijn DC veldspoel open gesloten, zoals weergegeven in het circuitschema hieronder:
DC Weerstand Test
De DC weerstand tussen elk paar terminals wordt gemeten met behulp van de ammeter-voltmeter methode of Wheatstone's brug. Het gemiddelde van drie gemeten weerstandswaarden Rt wordt berekend, en de per-fase DC weerstand RDC wordt afgeleid door Rt te delen door 2. Rekening houdend met de huidwerking, die de effectieve AC weerstand verhoogt, wordt de per-fase AC weerstand RAC verkregen door RDC te vermenigvuldigen met een factor van 1,20-1,75 (typische waarde: 1,25), afhankelijk van de grootte van de machine.
Open Circuit Test
Om de synchrone impedantie via de open circuit test te bepalen, werkt de wisselstroomgenerator op de genoemde synchrone snelheid met de belastings terminals open (belastingen losgekoppeld) en de veldstroom aanvankelijk ingesteld op nul. Het overeenkomstige circuitschema is hieronder weergegeven:
Open Circuit Test (Verder)
Na het instellen van de veldstroom op nul, wordt deze stapsgewijs verhoogd terwijl de terminalspanning Et bij elke stijging wordt gemeten. De opwekkingsstroom wordt meestal verhoogd tot de terminalspanning 125% van de nominale waarde bereikt. Er wordt een grafiek getekend tussen de open-circuit fase spanning Ep = Et/sqrt 3 en de veldstroom If, wat de Open Circuit Karakteristiek (O.C.C) curve oplevert. Deze curve spiegelt de vorm van een standaard magnetisatiecurve, waarbij het lineaire gedeelte wordt uitgebreid om een luchtgappenlijn te vormen.
De O.C.C en luchtgappenlijn zijn weergegeven in de figuur hieronder:
Kortsluiting Test
Bij de kortsluiting test worden de armatuurterminals via drie ammeters kortgesloten, zoals in de figuur hieronder wordt getoond:
Kortsluiting Test (Verder)
Voordat de wisselstroomgenerator wordt gestart, wordt de veldstroom teruggebracht tot nul, en wordt elke ammeter ingesteld op een bereik dat de nominale volle belastingstroom overstijgt. De wisselstroomgenerator wordt bediend op synchrone snelheid, met de veldstroom die in stapjes wordt verhoogd - vergelijkbaar met de open-circuit test - terwijl de armatuurstroom bij elke stijging wordt gemeten. De veldstroom wordt aangepast tot de armatuurstroom 150% van de nominale waarde bereikt.
Bij elke stap worden de veldstroom If en het gemiddelde van drie ammeter lezingen (armatuurstroom Ia) vastgelegd. Een grafiek die Ia tegen If plaatst, levert de Short Circuit Karakteristiek (S.C.C) op, die meestal een rechte lijn vormt, zoals in de figuur hieronder wordt getoond.
Berekening van Synchrone Impedantie
Om de synchrone impedantie Zs te berekenen, worden eerst de Open-Circuit Karakteristiek (OCC) en Short-Circuit Karakteristiek (SCC) op dezelfde grafiek gelegd. Vervolgens wordt de kortsluitstroom ISC bepaald die overeenkomt met de nominale generator spanning per fase Erated. De synchrone impedantie wordt dan afgeleid als het verhouding van de open-circuit spanning EOC (bij de veldstroom die Erated oplevert) tot de overeenkomstige kortsluitstroom ISC, uitgedrukt als s = EOC / ISC.
De grafiek is weergegeven in de figuur hieronder:
Uit de bovenstaande figuur, overweeg de veldstroom If = OA, die de nominale generator spanning per fase produceert. Overeenkomstig deze veldstroom wordt de open-circuit spanning voorgesteld door AB.
Aannames van de Synchrone Impedantie Methode
De synchrone impedantie methode gaat ervan uit dat de synchrone impedantie (bepaald vanuit de verhouding van open-circuit spanning tot kortsluitstroom via OCC en SCC curves) constant blijft wanneer deze karakteristieken lineair zijn. Het gaat verder uit van het feit dat de flux onder testomstandigheden overeenkomt met die onder belasting, hoewel dit fout introduceert omdat de kortgesloten armatuurstroom ongeveer 90° achterloopt op de spanning, waardoor voornamelijk demagnetiserende armatuurreactie optreedt. Armatuurreactie effecten worden gemodelleerd als een spanningsval evenredig aan de armatuurstroom, gecombineerd met reactantiespanningsval, met magnetische reluctantie als constant (geldig voor cilindrische rotors vanwege uniforme luchtgappen). Bij lage opwekkingen is constant (lineaire/ongesaturateerde impedantie), maar verzadiging reduceert buiten het lineaire gebied van de OCC (gesaturateerde impedantie). Deze methode levert een hogere spanningregeling op dan de werkelijke belasting, waardoor het de term 'pessimistische methode' krijgt.
